一起典型的220 kV變電站直流系統(tǒng)接地故障分析與處理

茹 梁 李 梓 蔣 頔

（國網(wǎng)湖南省電力有限公司衡陽供電分公司，湖南衡陽421000）

0 引言

變電站內(nèi)電源系統(tǒng)分為直流系統(tǒng)和交流系統(tǒng)，正常運(yùn)行時(shí)交直流系統(tǒng)相互獨(dú)立、互不連通[1]。站內(nèi)直流電源系統(tǒng)是為站內(nèi)繼電保護(hù)裝置、自動(dòng)化裝置、不間斷電源、斷路器分合閘操作及事故照明等提供直流電源的設(shè)備[2]。變電站直流電源的可靠性是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，當(dāng)站內(nèi)直流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，極有可能導(dǎo)致繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置的誤動(dòng)或拒動(dòng)，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)設(shè)備安全[3-5]。交流電源串入直流系統(tǒng)是一類常見的直流系統(tǒng)故障。本文對(duì)一起典型的220 kV變電站直流系統(tǒng)接地故障進(jìn)行分析，并提出了相應(yīng)的處理措施和建議。

1 故障情況

某年5月23日，運(yùn)維人員在某220 kV變電站進(jìn)行220 kV母聯(lián)600斷路器倒閘操作的過程中發(fā)現(xiàn)，合上斷路器后不能正常儲(chǔ)能，且站內(nèi)后臺(tái)發(fā)出直流系統(tǒng)接地信號(hào)。現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)該斷路器機(jī)構(gòu)箱內(nèi)交流儲(chǔ)能電源空氣開關(guān)跳閘。運(yùn)維人員對(duì)該三相交流空開進(jìn)行電壓測(cè)量，發(fā)現(xiàn)空開的上端頭A、B、C三相交流對(duì)地電壓均為220 V，下端頭三相交流對(duì)地電壓均為0 V，且C相直流對(duì)地電壓為220 V，初步判斷存在交流電源串入直流系統(tǒng)導(dǎo)致直流接地的故障。

2 故障查找及處理

運(yùn)維人員在現(xiàn)場(chǎng)使用手持式直流接地查找儀查找直流系統(tǒng)接地點(diǎn)。結(jié)合220 kV母聯(lián)600斷路器機(jī)構(gòu)箱內(nèi)交流儲(chǔ)能電源空氣開關(guān)跳閘，且空開下端頭電壓異常等現(xiàn)象，檢修人員重點(diǎn)對(duì)該斷路器機(jī)構(gòu)箱內(nèi)相關(guān)直流回路進(jìn)行排查，最終確定斷路器機(jī)構(gòu)信號(hào)回路存在直流接地故障。

運(yùn)維人員對(duì)母聯(lián)600斷路器匯控柜斷路器機(jī)構(gòu)信號(hào)回路進(jìn)行絕緣測(cè)試，發(fā)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)超時(shí)信號(hào)回路二次電纜對(duì)地絕緣電阻為0 MΩ，該直流信號(hào)回路如圖1所示，由A、B、C三相時(shí)間繼電器KT接點(diǎn)1-3并聯(lián)組成。

圖1 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)超時(shí)直流信號(hào)回路

運(yùn)維人員將斷路器匯控柜至分相斷路器機(jī)構(gòu)箱的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)超時(shí)信號(hào)回路二次電纜線芯的兩端拆除，分別對(duì)斷路器匯控柜與斷路器機(jī)構(gòu)箱二次電纜線芯及斷路器機(jī)構(gòu)箱的信號(hào)接點(diǎn)進(jìn)行絕緣測(cè)試，得到的結(jié)果是斷路器匯控柜與A、B、C三相斷路器機(jī)構(gòu)箱二次電纜線芯絕緣電阻均大于10 MΩ，A相斷路器機(jī)構(gòu)箱的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)超時(shí)信號(hào)接點(diǎn)絕緣電阻為10 MΩ，B、C相斷路器機(jī)構(gòu)箱該信號(hào)接點(diǎn)絕緣電阻為0 MΩ，拆除B、C相電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)控制回路的時(shí)間繼電器，B、C相斷路器機(jī)構(gòu)箱該信號(hào)回路絕緣電阻為10 MΩ。

交流電機(jī)控制回路原理圖如圖2所示，時(shí)間繼電器KT接點(diǎn)5-8串聯(lián)于電機(jī)交流控制回路。運(yùn)維人員對(duì)時(shí)間繼電器接點(diǎn)進(jìn)行絕緣測(cè)試，絕緣測(cè)試結(jié)果如表1所示。直流信號(hào)接點(diǎn)1-3絕緣電阻為100 MΩ，交流接點(diǎn)5-8絕緣電阻為100 MΩ，接點(diǎn)1-5絕緣電阻為100 MΩ，接點(diǎn)1-8絕緣電阻為100 MΩ，接點(diǎn)3-5絕緣電阻為0 MΩ，接點(diǎn)3-8絕緣電阻為100 MΩ。

圖2 交流電機(jī)控制回路原理圖

表1 時(shí)間繼電器接點(diǎn)絕緣測(cè)試結(jié)果

3 故障原因分析

從圖1、圖2可知，時(shí)間繼電器KT接點(diǎn)1-3為直流信號(hào)回路，接點(diǎn)5-8為電機(jī)控制交流回路。正常運(yùn)行時(shí)，時(shí)間繼電器1點(diǎn)為直流正電位、3點(diǎn)為直流負(fù)電位，5點(diǎn)為交流N端。時(shí)間繼電器電路板如圖3所示，交流接點(diǎn)5與直流接點(diǎn)3的焊點(diǎn)過于接近，再加上繼電器密封不好，導(dǎo)致電路板上積存大量灰塵，經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)行，電路絕緣下降。在母聯(lián)斷路器操作時(shí)YJ接點(diǎn)閉合，時(shí)間繼電器啟動(dòng)，電機(jī)控制回路存在交流電流，電路板交流接點(diǎn)5擊穿直流接點(diǎn)3的焊點(diǎn)，導(dǎo)致交流電源串入直流回路，引起直流負(fù)極全接地，交流電機(jī)電源空開跳閘。

圖3 時(shí)間繼電器電路板

4 處理措施及建議

（1）本次故障暴露出該時(shí)間繼電器生產(chǎn)廠家制造工藝不合格，未嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)制造產(chǎn)品，運(yùn)維人員現(xiàn)場(chǎng)立即對(duì)斷路器機(jī)構(gòu)內(nèi)的時(shí)間繼電器進(jìn)行了更換。

（2）運(yùn)維人員利用設(shè)備停電檢修機(jī)會(huì)，對(duì)同廠家同型號(hào)的時(shí)間繼電器進(jìn)行更換，同時(shí)加強(qiáng)二次回路絕緣測(cè)試，對(duì)絕緣電阻不滿足要求的情況及時(shí)進(jìn)行處理。

（3）運(yùn)維人員加強(qiáng)設(shè)備的投產(chǎn)驗(yàn)收，對(duì)于交直流二次回路共纜、交直流接線端子交叉排列且無加強(qiáng)絕緣隔離措施等設(shè)備隱患，應(yīng)及時(shí)予以整改。

（4）在直流系統(tǒng)中加裝交流串入直流監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)直流系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，快速準(zhǔn)確地對(duì)交流串入直流故障進(jìn)行報(bào)警，幫助檢修人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除故障。

5 結(jié)語

作為繼電保護(hù)、安全自動(dòng)裝置等各類二次設(shè)備正常工作的供電電源，站內(nèi)直流電源系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。設(shè)備運(yùn)維檢修人員應(yīng)在日常工作中密切關(guān)注直流系統(tǒng)的運(yùn)行工況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除各類設(shè)備的隱患和缺陷，減少直流系統(tǒng)接地尤其是交流串入直流系統(tǒng)故障的發(fā)生。